Veterná energetika

Prírodné vedy » Fyzika

Autor: ivana123
Typ práce: Referát
Dátum: 24.01.2014
Jazyk: Slovenčina
Rozsah: 1 883 slov
Počet zobrazení: 1 490
Tlačení: 196
Uložení: 206
Veterná energia
Veterná energia predstavuje kinetickú energiu pohybujúcich sa vzdušných más. Tento pohyb je dôsledkom gradientov teploty vznikajúcich pri nerovnomernom zahriatí zemského povrchu, prípadne morskej hladiny a je ovplyvňovaný zemským reliéfom a zemskou rotáciou. Najlepšie poveternostné podmienky pre výstavbu veterných turbín sú v blízkosti morských pobreží a na kopcoch. Dostatočnú intenzitu využiteľnú veternými agregátmi však vietor dosahuje aj na iných miestach. Nevýhodou je, že vietor je menej predvídateľný ako napr. slnečná energia, avšak jeho dostupnosť počas dňa je zvyčajne dlhšia ako v prípade slnečného žiarenia. Celkový výkon vetra sa odhaduje na 1000000 GW. Je však sústredený predovšetkým vo veľkých výškach a jeho dostupná časť je menej než jedno percento. Navyše je táto energia silne rozptýlená, s malou hustotou energetického toku. Využiteľný výkon predstavuje asi 3000 GW.

Podobne ako energia vodná je i sila vetra k pohonu lodí, veterných mlynov a čerpadiel používaná od dávna. Koncom minulého storočia bolo napríklad Dánsko pokryté 25000 veternými mlynmi, ktoré plnili najrôznejšie funkcie. Je pochopiteľné, že záujem o túto ekologicky vhodnú energiu v poslednej dobe vzrástol a objavili sa veterné elektrárne využívajúce modernú techniku.
Moderné veterné turbíny sa zvyčajne skladajú z nasledujúcich komponentov:

- Listy rotora
- Rotor
- Prevody
- Generátor
- Elektronika a regulačné zariadenie.

Pri využívaní energie vetra sa mení pomocou veterného kolesa alebo vrtule najskôr kinetická energia postupného pohybu vetra na kinetickú energiu pohybu rotačného. Ak je rýchlosť vetra, ... hustota vzduchu a plocha lopatiek kolesa, bude výkon prinášaný vetrom úmerný tretej mocnine rýchlosti: P = ½ ρ v³ S
Rozmery vrtule je možné zväčšovať, ale tak aby obvodová rýchlosť špičiek neprekročila rýchlosť zvuku. Je zrejmé, že čím je plocha rotora väčšia, tým viac energie je schopný vyrobiť.  Nemôžme podceňovať obrovské mechanické namáhanie materiálu, ktoré už spôsobilo značný počet havárií. K jednej z nich došlo 1945 vo Vermonte, kde sa odtrhla osemtonová lopatka, mnoho starostí priniesla elegantná  západonemecká elektráreň Growian v Hamburgu s priemerom rotora 100 m  a plánovaná na výkon 3 MW. Neustále vibrácie tohto kolosu si vynútili zastavenie prevádzky.

V súčasnosti je na svete inštalovaných asi 17000 veterných agregátov s celkovým výkonom  1500 MW. Svetová kapacita výroby týchto zariadení robí asi 500 MW za rok. Veľký počet týchto elektrární je v USA, len v Altamonskom priesmyku východne od San Francisca okolo 2000. K najväčším na svete patrila elektráreň Boone v Apalačských vrchoch v Severnej Karolíne v nadmorskej výške 1300 m mala priemer rotora 60 m a pri rýchlosti vetra 40 km za hodinu dávala výkon 2 MW.  Takisto aj ona sa stretávala s vibráciami a mechanickými problémami pri silnejšom vetre. Priekopníkom v tejto oblasti je Dánsko so známou veternou elektrárňou Tvind ( 2 MW ). Dánsky priemysel výroby veterných turbín je príkladom obrovského obchodného úspechu. Toto odvetvie sa prakticky z nuly v roku 1980 dopracovalo až k obratu 1 miliardy dolárov v roku 1998. Dánske turbíny dnes dominujú na svetových trhoch a ich výrobcovia zamestnávajú 15 tisíc ľudí. Obchodný obrat je dvakrát väčší ako dánsky obrat z ťažby zemného plynu v Severnom mori. Výroba, hlavne na export dosiahla 1216 MW v roku 1998. V súčasnosti viac ako polovica turbín inštalovaných na celom svete pochádza z Dánska.. Sovietsky zväz chce vybudovať pokusnú veternú elektráreň v lokalite Pečerskoje v Povodí rieky Volgy a zvažuje možnosť umiestniť hnaciu časť na balóne vo výške 10 km nad zemou, kde vejú stále vetry veľkou rýchlosťou. Rozvoj veterných elektrární vo svete je skutočne búrlivý a dnes predstavuje najrýchlejšie rastúce odvetvie výroby elektriny.

Na mnohých miestach sveta sú veterné turbíny prijímané ako ekologické riešenie problému výroby elektrickej energie. Podobne ako v iných oblastiach aj v tomto prípade nie je výroba úplne bez dôsledkov na okolité životné prostredie. Aj tu je však potrebné rozlišovať medzi malými a veľkými turbínami. Malé turbíny nijako neovplyvňujú okolité prostredie. V prípade väčších turbín sa ako problémové parametre uvádzajú hluk, vizuálny efekt resp. rušenie elektromagnetického poľa.

7.Slnečná energia
Slnko je pôvodným zdrojom takmer všetkej energie, ktorú máme k dispozícii. Slnečná energia sa môže využívať viacerými spôsobmi. Pomocou kolektorov môžeme získavať teplú vodu, poprípade vykurovať byty, dielne a priemyselné haly. Vykurovanie pomocou slnečného tepla môže byť pasívne (skleníky, okná a steny obrátené na juh), alebo aktívne (nútený obeh Slnkom ohriateho vzduchu, alebo vody).

7.1 Fotovoltaika
Slnečné články sa vyrábajú z polovodičových materiálov ako je napr. kremík Slnečné články majú výhodu v tom, že ich spojením je možné vytvárať solárne moduly, z ktorých je možné postaviť celú veľkú slnečnú elektráreň. Najväčšia takáto elektráreň bola postavená v americkom Carrisa Plain (Kalifornia) a jej inštalovaný výkon je 5 MW. Pokrok je viditeľný na mnohých miestach sveta. Japonská vláda investuje ročne 250 miliónov dolárov s cieľom zvýšiť objem výroby v tejto krajine zo 40 MW v roku 1997 na 190 MW v roku 2000. Podobné programy prebiehajú aj vo viacerých európskych krajinách a v USA. Hnacou silou tohto vývoja je snaha o budúcu nezávislosť na dovážaných fosílnych palivách a zlepšenie životného prostredia. . Európska Únia má v úmysle zdvojnásobiť podiel obnoviteľných zdrojov na spotrebe energie do roku 2010, pričom v oblasti využívania slnečných článkov sa predpokladá inštalovať jeden milión fotovoltaických systémov s celkovým výkonom 1000 MW. BP Amoco (jedna z najväčších ropných spoločností na svete) v súčasnosti inštaluje na 200 benzínových čerpacích staniciach vo Veľkej Británii, Austrálii, Rakúsku, Švajčiarsku, Holandsku, Japonsku, Portugalsku, Španielsku, Francúzsku a USA solárne systémy vlastnej výroby s celkovým výkonom 3,5 MW. Články budú týmto staniciam dodávať elektrickú energiu. Slnečné články využívajú energiu, ktorá je zadarmo, preto sa vyznačujú nízkymi prevádzkovými nákladmi a navyše aj vysokou spoľahlivosťou. Pôvodne boli vyvinuté pre použitie v kozme, kde ich údržba resp. oprava je prakticky vylúčená. Dnes takmer všetky vesmírne satelity sú napájané týmto zdrojom. Mnohé z nich pracujú veľmi dlhú dobu a bez nárokov na výmenu článkov. Sú schopné vyrábať elektrickú energiu aj pri oblačnom počasí. Vo výrobe solárnych článkov má prioritné postavenie vo svete Japonsko (365 MWp v r. 2003), USA (109 MWp v r. 2003) a Európa (202 MWp v r. 2003). V Japonsku pritom výroba v roku 2003 vzrástla oproti predchádzajúcemu roku o 48%, v Európe o 44% (zdroj: Photon Int., 2004). FV modulov je na trhu viac než 300 typov, v Európe sa vyrábajú predovšetkým v Nemecku a Španielsku, kde je rast výrobných kapacít rovnako dynamický ako u článkov.

7.2 Typy FV systémov
 Systémy pripojené na sieť - používajú sa najmä v krajinách s plne rozvinutou elektrickou rozvodnou sieťou. Sú priamo prepojené na miestnu elektrickú sieť, čo im umožňuje podľa potreby vyrobenú elektrinu dodávať do siete alebo v prípade potreby ju z nej odoberať. Tieto systémy obsahujú menič napätia.
 Systémy nepripojené na sieť (samostatné systémy) - súčasťou väčšiny z nich je batérie na uskladnenie energie pre použitie keď nesvieti slnko a kontrolný mechanizmus, chrániaci pred nadmerným nabíjaním a vybitím batérie, prípadne tiež menič napätia.
 Hybridné systémy - kombinujú solárne systémy s inými zdrojmi energie, ako je biomasa, veterné turbíny, dieselové generátory. Môžu byť pripojené na sieť alebo samostatné.
Prioritou pri inštalácii malých FV systémov (inštalovaných na súkromných domoch, verejných budovách, obchodoch a pod.) je okrem funkčnosti, estetická hodnota a rozumná cena. Vývoj smeruje k materiálom, zakomponovateľným do striech a konštrukcie budov, kde majú plniť tiež funkciu architektonického prvku.

7.3 Slnečná veža
Slnečné veže môžu slúžiť na výrobu pary a tým následne na vykurovanie, elektrinu atď. Predstavujú veľkú plochu pohyblivých zrkadiel odrážajúcich slnečné lúče „bodovo“ na zásobník vody umiestnený vo vysokej veži. „Solárna“ v Kalifornii, USA, je najväčšou solárnou elektrárňou na svete,so špičkovým výkonom 10 MW. Vyše 1 800 zrkadiel sleduje podľa individuálnych programov pohyb Slnka a odráža jeho lúče na kolektor uprostred komplexu.

7.4 Slnečné kolektory
Zohrievanie vody Slnkom je jedným z najstarších spôsobov využívania slnečnej energie. Zariadenia, ktoré sa pre takéto účely v súčasnosti používajú, sa nazývajú slnečné kolektory. Kolektory pohlcujú slnečné žiarenie a premieňajú ho na teplo. Toto teplo je skladované vo vode alebo vo vzduchu a používa sa na prípravu teplej vody v budovách. Môže sa však využiť aj na ohrievanie bazénov, varenie alebo sušenie poľnohospodárskych plodín. Slnečné kolektory sa dajú využiť prakticky všade tam, kde sa vyžaduje teplo. Príprava teplej vody je po vykurovaní druhou najvyššou položkou, ktorú platí priemerná rodina u nás za energiu spotrebovávanú v domácnosti. Pre niektoré domy predstavuje dokonca najväčšiu položku. Ohrievanie vody slnečnými kolektormi môže výrazne znížiť náklady za teplo a to často až o 70%. Slnečný kolektor, ktorý je možné tiež využiť na predohrev vody, je jednoduché zariadenie a nevyžaduje si takmer žiadnu údržbu. Kolektor zohrieva vodu na veľmi jednoduchom princípe, s ktorým sa väčšina ľudí stretla napr. v automobile alebo v záhradnej hadici, na ktorú dlhší čas svieti Slnko. Voda alebo predmety vo vnútri automobilu sa v nich môžu zohriať na veľmi vysokú teplotu. Slnečný kolektor sa zohrieva rovnako, pričom využíva absorbátor umiestnený v tepelno-izolovanom ráme, ktorý umožňuje podstatne zvýšiť účinnosť prestupu tepla. Aj keď sa dnes kolektory uplatňujú hlavne pri príprave teplej úžitkovej vody, je energiu nimi vyrobenú možné využívať aj na vykurovanie (prikurovanie) v objektoch. V takomto prípade sa však používajú kolektory s väčšou plochou resp. vákuové kolektory napojené na systém podlahového kúrenia. Často je však potrebné mať aj zálohový systém kúrenia, čo zvyšuje investičné náklady a cenu energie. Vykurovanie objektov slnečnými kolektormi je takto v našich podmienkach (poznačených zvýhodňovaním klasických fosílnych palív) dnes zväčša neekonomické. Príprava teplej úžitkovej vody sa i napriek pretrvávajúcim dotáciám do klasickej energetiky ukazuje ako podstatne ekonomickejšia. Kvalitné slnečné kolektory sú schopné ročne pokryť 60-75% energie potrebnej na prípravu teplej vody pre priemerný rodinný dom, pričom v období od apríla do októbra je možné úplne spoľahnúť sa na slnečnú energiu. Každý štvorcový meter solárneho kolektora v sev. Európe prijme za rok asi 1 000 kWh slnečnej energie a asi polovicu z nej možno využiť na ohrev vody. Podobný kolektor v Kalifornii prijíma asi polovicu tejto energie.

Veľmi sľubným sa ukazuje aj využitie solárnych kolektorov na ohrev vzduchu pre poľnohospodárske a potravinárske účely. Tieto kolektory, v ktorých namiesto vody sa ohrieva vzduch (ďalej rozvádzaný ventilátorom), je možné využiť napr. na sušenie dreva, sena alebo iných plodín. Príklady využitia vzdušných kolektorov existujú vo viacerých krajinách, pričom len vo Švédsku ich bolo inštalovaných viac ako 200.000 m2 . Umiestnené bývajú na strechách stodôl a využívajú sa hlavne na sušenie sena.

Dnes sú slnečné kolektory inštalované tak na rodinných domoch ako aj na poľnohospodárskych farmách, umývačkách áut, reštauráciách alebo priemyselných budovách. Tento pestrý zoznam miest má jedno spoločné – všade je potrebná teplá voda. Tým, že si kolektory našli cestu prakticky do všetkých kútov sveta, sa ukázala ich životaschopnosť a prínos nielen pre užívateľa ale aj pre ochranu životného prostredia. Najbežnejšie sú ploché platňové zasklené kolektory, ktoré premieňajú 25 - 50% slnečného žiarenia na úžitkové teplo. Domáce systémy na ohrev vody sú väčšinou vybavené záložným zdrojom tepelnej energie na báze elektriny, zemného plynu alebo biomasy. Alternatívou k zaskleným kolektorom sú kolektory nezasklené, využívané hlavne na ohrev vody v bazénoch. Predstavujú odlišnú technológiu.

V strednej a severnej Európe
sú rozšírenejšie systémy s plochou 3 - 6 m2 kolektorov na streche a 150 - 400 litrovou nádržou vo vnútri budov. Záložným zdrojom energie tu môže byť zemný plyn, nafta, elektrina alebo biomasa.
7.4.1 Použitie slnečných kolektorov
Slnečnú energiu premieňanú slnečnými kolektormi na užitočnú energiu je dnes možné využiť viacerými spôsobmi, z ktorých mnohé sú cenovo výhodné. Najčastejšie sa s nimi môžeme stretnúť pri:

- príprave teplej vody v domácnostiach, priemysle a komerčných budovách,
- ohreve vody pre bazény,
- vykurovaní budov,
- sušení rastlín,
- vykurovaní i chladení priestorov,
- destilácii vody a slnečnom varení.

Technológie pre uvedené aplikácie sa považujú za dostatočne vyvinuté a pre prvé dve aplikácie (príprava teplej vody a vyhrievanie bazénov) aj cenovo výhodné v porovnaní s inými technológiami prípravy teplej vody. Osobitnú kategóriu tvoria koncentrujúce kolektory, ktoré sú v niektorých oblastiach (púšte) ekonomicky výhodnými aj na výrobu elektrickej energie.

7.4.2 Využitie slnečných kolektorov na Slovensku 
Na Slovensku bolo do roku 1997 inštalovaných asi 20.000 m2 slnečných kolektorov, ktoré sa využívajú prevažne v rodinných domoch. Výnimkou nie sú však ani kolektory v priemyselných resp. poľnohospodárskych podnikoch. Medziročný prírastok novoinštalovaných kolektorov je u nás veľmi malý a v roku 1994 bol len 0,25 m2 na 1000 obyvateľov.
Oboduj prácu: 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

Vyhľadaj ďalšie vhodné študentské práce pre tieto kľúčové slová:

#energetika #švédsko výroba energie #vetrna energia #generátory #veterne elektrarne


Odporúčame

Prírodné vedy » Fyzika

:: KATEGÓRIE - Referáty, ťaháky, maturita:

0.019